Квадрат (алгебра)

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
(перенаправлено с «²»)
График y=x², при целых значениях x на отрезке от 1 до 25

Квадра́т числа [math]\displaystyle{ x }[/math] — результат умножения числа на себя: [math]\displaystyle{ x \cdot x }[/math]. Обозначение: [math]\displaystyle{ x^2 }[/math].

Вычисление [math]\displaystyle{ x^2 }[/math]математическая операция, называемая возведе́нием в квадра́т. Эта операция представляет собой частный случай возведения в степень, а именно — возведение числа [math]\displaystyle{ x }[/math] в степень 2.

Далее приведено начало числовой последовательности для квадратов целых неотрицательных чисел (последовательность A000290 в OEIS):

0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100, 121, 144, 169, 196, 225, 256, 289, 324, 361, 400, 441, 484, 529, 576, 625, 676, 729, 784, 841, 900, 961, 1024, 1089, 1156, 1225, 1296, 1369, 1444, 1521, 1600, 1681, 1764, 1849, 1936, 2025, 2116, 2209, 2304, 2401, 2500, …

Исторически натуральные числа из этой последовательности называли «квадратными».

Способы представления

Квадрат натурального числа [math]\displaystyle{ n }[/math] можно представить в виде суммы первых [math]\displaystyle{ n }[/math] нечетных чисел:

1: [math]\displaystyle{ 1 = 1 }[/math]
2: [math]\displaystyle{ 4 = 1 + 3 }[/math]

7: [math]\displaystyle{ 49 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9 + 11 + 13 }[/math]

Ещё один способ представления квадрата натурального числа:
[math]\displaystyle{ n^2 = 1 + 1 + 2 + 2 + \ldots + (n - 1) + (n - 1) + n }[/math]
Пример:

1: [math]\displaystyle{ 1 = 1 }[/math]
2: [math]\displaystyle{ 4 = 1 + 1 + 2 }[/math]

4: [math]\displaystyle{ 16 = 1 + 1 + 2 + 2 + 3 + 3 + 4 }[/math]

Сумма квадратов первых [math]\displaystyle{ n }[/math] натуральных чисел вычисляется по формуле:
[math]\displaystyle{ \sum_{k=1}^n k^2 = 1^2 + 2^2 + 3^2 + \ldots + n^2 = \frac {n(n + 1)(2n + 1)} {6} }[/math]

Квадрат комплексного числа

Квадрат комплексного числа в алгебраической форме можно вычислить по формуле:

[math]\displaystyle{ \left(a+bi\right)^2 = \left(a^2 - b^2\right) + 2abi. }[/math]

Аналогичная формула для комплексного числа в тригонометрической форме:

[math]\displaystyle{ \left(r\left(\cos\phi+i\sin\phi\right)\right)^2 = r^2\left(\cos{2\phi}+i\sin{2\phi}\right). }[/math]

Геометрический смысл

Квадрат числа равен площади квадрата со стороной, равной этому числу.

Литература

  • Грэхем Р., Кнут Д., Паташник О. — Конкретная математика. Основание информатики. Пер. с англ. —М.: Мир, 1998. —703 с.

См. также